第 2章 LED的封装原物料 苏永道 教授 济南大学 理学院 2014-12-26 济南大学理学院 1 第 2章 LED的封装原物料 LED的封装工艺有其自己的特征。对LED封装前首要要做 的是操控原物料。由于许多场合需求野外感动，环境条件往往 比较恶劣，不是长时间在高温下作业便是长时间在低温下作业，而 且长时间受雨水的腐蚀，如LED的信任度不是很好，很简略呈现 瞎点现象，所以留意对原物料质量的操控显得特别重要。 §2.1 LED芯片结构 LED芯片是半导体发光器材LED的核心部件，它首要由 砷(AS)、铝(AL)、镓(Ga)、铟(IN)、磷(P)、氮(N)、锶(Ｓi)这 几种元素中的若干种组成。 2014-12-26 济南大学理学院 2 第 2章 LED的封装原物料 ＆ 芯片按发光亮度分类可分为： ☆ 一般亮度：R(赤色GAaAsP 655nm)、H ( 高红GaP 697nm )、 G ( 绿色GaP 565nm )、Y ( 黄色GaAsP/GaP 585nm )、E(桔色 GaAsP/ GaP 635nm )等； ☆ 高亮度：VG (较亮绿色GaP 565nm )、VY(较亮黄色 GaAsP/ GaP 585nm )、SR( 较亮赤色GaA/AS 660nm )； ☆ 超高亮度：UG﹑UY﹑UR﹑UYS﹑URF﹑UE等。 ＆ 芯片按组成元素可分为： ☆ 二元晶片(磷﹑镓)：H﹑G等； ☆ 三元晶片(磷﹑镓 ﹑砷)：SR(较亮赤色GaA/AS 660nm)、 HR (超亮赤色GaAlAs 660nm)、UR(最亮赤色GaAlAs 660nm)等； 2014-12-26 济南大学理学院 3 第 2章 LED的封装原物料 ☆ 四元晶片(磷﹑铝﹑镓﹑铟)：SRF( 较亮赤色 AlGalnP )、 HRF(超亮赤色 AlGalnP)、URF(最亮赤色 AlGalnP 630nm)、 VY(较亮黄色GaAsP/GaP 585nm)、HY(超亮黄色 AlGalnP 595nm)、UY(最亮黄色 AlGalnP 595nm)、UYS(最亮黄色 AlGalnP 587nm)、UE(最亮桔色 AlGalnP 620nm)、HE(超亮桔 色 AlGalnP 620nm)、UG (最亮绿色 AIGalnP 574nm) LED等。 ＆ 发光二极管芯片节操办法和资料的磊晶品种： 1.LPE： 液相磊晶法 GaP/GaP； 2.VPE： 气相磊晶法 GaAsP/GaAs； 3.MOVPE：有机金属气相磊晶法) AlGaInP、GaN； 2014-12-26 济南大学理学院 4 第 2章 LED的封装原物料 4.SH：单异型结构 GaAlAs/GaAs； 5.DH：双异型结构 GaAlAs/GaAs； 6.DDH：双异型结构 GaAlAs/GaAlAs。 不同LED芯片，其结构迥然不同，有外延用的芯片基板( 蓝 宝石基板、碳化硅基板等) 和掺杂的外延半导体资料及通明金属 电极等构成。 2014-12-26 济南大学理学院 5 第 2章 G LED的封装原物料 I §2.1.1 LED单电极芯片 A C D G A B J H E F 图2.1 单电极芯片结构示意图 单电极芯片结构代码意义 代码 A B C D E 阐明 p极金属层 发光区 p层 n层 n型结晶基板 代码 F G H I J 阐明 n极金属层 芯片尺度（长×宽） 芯片高度 电极厚度 电极直径 2014-12-26 济南大学理学院 6 第 2章 LED的封装原物料 §2.1.2 LED双电极芯片 M N H L L G F E D C K B A I H J G 双电极芯片结构示意图 双电极芯片结构代码意义 代码 阐明 代码 阐明 A B 蓝宝石基板 低温缓冲层 H I n极金属层 芯片尺度（长） 2014-12-26 济南大学理学院 7 第 2章 M LED的封装原物料 N H L L G F E D C K B A I H J G 双电极芯片结构示意图 C D E F G n型触摸 发光层 p型触摸 通明导电层 p极金属层 J K L M N 芯片尺度（宽） 芯片高度 电极厚度 p极电极直径 n极电极直径 2014-12-26 济南大学理学院 8 第 2章 晶粒品种 类别 色彩 红 高亮度红 LED的封装原物料 §2.1.3 LED晶粒品种简介 波长 645nm~655nm 630nm~645nm 605nm~622nm 585nm~600nm 569nm~575nm 555nm~560nm 490nm~540nm 455nm~485nm 850nm~940nm 结构 AlGaAs/GaAs AlGaInP/GaAs 橙 高亮度橙 黄 可见光 高亮度黄 黄绿 高亮度黄绿 绿 高亮度绿 高亮度蓝绿/绿 高亮度蓝 不可见光 红外线 GaAsP/GaP AlGaInP/GaAs GaAsP/GaP AlGaInP/GaAs GaP/GaP AlGaInP/GaAs GaP/GaP AlGaInP/GaAs GaInN/Sapphire GaInN/Sapphire GaAs/GaAs AlGaAs/GaAs AlGaAs/AlGaAs 9 2014-12-26 济南大学理学院 第 2章 LED的封装原物料 §2.1.4 LED衬底资料的品种 关于节操LED芯片来说，衬底资料的选用是首要考虑的问 题。应该选用哪种适宜的衬底，需求依据设备和LED器材的要 求进行选择。 ◆ 蓝宝石（Al2O3） 三种衬底资料： ◆ 硅 （Si） ◆ 碳化硅（SiC） 一、蓝宝石衬底 1.出产技能老练、器原料量较好 ; 程中; 3.机械强度高，易于处理和清洗。 蓝宝石衬底有许多的长处： 2.稳定性很好，躲藏运用在高温生长过 2014-12-26 济南大学理学院 10 第 2章 LED的封装原物料 1.晶格失配和热应力失配，会在外延层中产 生很多缺陷； 蓝宝石衬底存在的问题： 2.蓝宝石是一种绝缘体，在上外表节操两个电 极，构成了有用发光面积削减； 3.添加了光刻、蚀刻工艺进程，节操本钱高。 蓝宝石的硬度十分高, 在天然资猜中其硬度仅次于金刚石, 但是在LED器材的节操进程中却需求对它进行减薄和切开(从 400nm减到100nm左右)。大风大浪完结减薄和切开工艺的设备又要 添加一笔较大的出资。 蓝宝石衬底导热功用不是很好(在100℃约为25W/m· K) ，制 作大功率LED往往选用倒装技能(把蓝宝石衬底剥离或减薄)。 2014-12-26 济南大学理学院 11 第 2章 二、硅衬底 LED的封装原物料 硅是热的良导体，所以器材的导热功用能够显着改进，从 而延长了器材的寿数。 硅衬底芯片电极选用两种触摸办法: L V ( ) 2014-12-26 接 触 垂 直 接 触 V电极芯片 L电极芯片 接 触 水 平 接 触 ( ) 选用蓝宝石衬底和碳化硅衬底的LED芯片 济南大学理学院 12 第 2章 三、碳化硅衬底 LED的封装原物料 碳化硅衬底（CREE公司专门选用SiC资料作为衬底）的 LED芯片，电极是L型电极，电流是纵向活动的。选用这种衬 底节操的器材的导电和导热功用都十分好，有利于做成面积 较大的大功率器材。 K，要比蓝宝石衬底高出10倍 优 碳化硅的导热系数为490W/m· 点 以上。 缺 碳化硅节操本钱较高，完结其商业化还需求下降相应的本钱。 点 2014-12-26 济南大学理学院 13 第 2章 LED的封装原物料 三种衬底资料的功用比较 衬底资料 蓝宝石(Al2O3) 导热系数 (W/m· K) 46 胀大系 数 (×10-6) 1.9 稳定性 一般 导热 性 差 本钱 中 抗静电 才能 一般 硅(Si) 碳化硅(SiC) 150 490 5~20 -1.4 良 良 好 好 低 高 好 好 除了以上三种常用的衬底资料之外，还有GaAS、AlN、ZnO 等资料也可作为衬底，一般依据规划的需求选择感动。 2014-12-26 济南大学理学院 14 第 2章 LED的封装原物料 §2.1.5 LED芯片的节操流程 光刻 等离子体刻蚀GaN 分散和键合 抛光 晶圆芯片 镀金 惟我独尊 划片 崩裂 绿光晶粒样品 晶粒 LED芯片的节操流程 2014-12-26 济南大学理学院 15 第 2章 LED的封装原物料 某芯片厂家蓝光LED的上游节操流程如下： 磊晶加热 首要意图由加热来打断磊晶时发生的 Mg-H键结﹐使 P-GaN 活性化﹔试验证真实 730℃氮气环境下加热 20 分钟可有杰出效果。 干式刻蚀别离 由干式蚀刻(RLE)将晶粒的一部份蚀刻到 N-GaN，使 N周围显露外表以便衔接。 通明层 因P-GaN阻抗大﹐构成电流分布欠安﹐添加通明层可 改进P-GaN的电流分布﹐从而进步亮度﹐现在节操使 用之通明电极为 Ni/Au=30/70A, 可与 P-GaN 有杰出的 欧姆触摸。 P电极衔接 节操电极以供打线用﹐现在感动 Ni/Au=0.3/6kA 为接 触电极﹐可有杰出的欧姆触摸。 2014-12-26 济南大学理学院 16 第 2章 N电极衔接 LED的封装原物料 节操电极以供打线用﹐现在感动Ti/Al=0.6/6kA为触摸 电极﹐可与N-GaN有杰出的欧姆触摸。 丈量 做一般特性量测﹐首要有正肥壮通电压（ VF）﹐亮 度﹐波长﹐方向击穿电压（ VR）及良率量测﹐并将 不良品筛选。 用钻石研磨液对前站节操完结之芯片进行反面研磨﹐ 以便于切开及根深蒂固散热﹐现在大多研磨抛光至100? m, 研磨良率可达91%。 衬底研磨 划片 将研磨完结的芯片裂成晶粒﹐出产良率可到达86%。 封装 将晶粒封装成LED,以便进行光的测验及静电测验。 2014-12-26 济南大学理学院 17 第 2章 LED的封装原物料 §2.1.6 节操LED磊芯片办法的比较 节操磊芯片的几种常用办法 磊晶办法 LPE 特征 以溶融态的液体资料直 接和基板触摸而沉 积晶膜 长处 缺陷 首要感动 传统LED 操作简略 磊晶薄度操控差 磊晶长成速度快 磊晶平坦度差 具量产才能 VPE 以气体或电浆资料传输 至基板促进晶格表 面粒子凝聚或解离 磊晶长成速度快 磊晶薄度及平坦 量产才能尚可 度操控不易 传统LED MOCVD 将有机金属以气体方式 分散至基板促进晶 格外表粒子凝聚 磊晶纯度佳 本钱较高 磊晶薄度操控佳 杰出率低 磊晶平坦度佳 质料获得不易 HB-LED LD VCSEL HBT 2014-12-26 济南大学理学院 18 第 2章 §2.1.7 常用芯片简图 一、单电极芯片 LED的封装原物料 （在此只给出几种） 1.圆电极芯片 009UOV 008RN 010SO TK110DR 2.方电极芯片 010YGK 009UYG 113YGU M80SOU 2014-12-26 济南大学理学院 19 第 2章 LED的封装原物料 3.带角电极芯片 512UOL 012UY 012UYG 012IRA 二、双电极芯片 ＆几种双电极芯片 4713DC 514GSB 010BL TB024I 2014-12-26 济南大学理学院 20 第 2章 LED的封装原物料 §2.2 lamp LED支架介绍 支架的效果：用来导电和支撑晶片。 支架的组成：一般来说是由支架资料通过电镀而构成，由里 到外是资料、铜、镍、铜、银这五层所组成。 一、LED支架图 2014-12-26 济南大学理学院 21 第 2章 LED的封装原物料 二、LED支架结构阐明 LED支架代码阐明 代码 支架部位 代码 支架部位 补白 1 焊点 6 高度 2 阴阳极空地 7 脚宽 3 段差 8 脚中心距 4 阴阳极宽 9 边距 5 碗PICH 10 长度 上Bar以上称功用区、上Bar及上Bar以下称非功用区 2014-12-26 济南大学理学院 22 第 2章 LED的封装原物料 三、LED支架尺度阐明 LED支架尺度 总长 厚度 152.4mm 脚距 0.50 × 0.50mm 镍层厚度 铜层厚度 120-150um 40-50 um 杯中心距 02支架 2.28mm 03、04支架 2.54mm 7.62mm 镀层管控厚 度 银层厚度 80-100um 2014-12-26 济南大学理学院 23 第 2章 四、LED支架原料 LED支架资料 基材 1 外镀 2 铜(Cu) 镍(Ni) LED的封装原物料 铁材(SPCC)、铜材(Cu) 铜(Cu) 镍(Ni) 银(Ag) 铜(Cu) 银(Ag) 注：1.外度三层； 2.外度四层；3.铁才和铜材价格不同较大。 五、支架电镀常识 （略） 2014-12-26 济南大学理学院 24 第 2章 LED的封装原物料 六、支架供货商管控相关条件 LED支架供货商管控条件 项目 管控条 件 项目 管控条 件 长烤 170±10℃/3h 做作氧化 正常空气中停留 3~7天 短烤 500±10℃/ 3min 焊线、07、 09支架) 420±10℃/6s 420±10℃/5s 银层管控 上Bar80μm以上，下Bar45μm以上 2014-12-26 济南大学理学院 25 第 2章 LED的封装原物料 §2.2.2 常用支架外观图集 2002C有杯 2002L3平头 2003EL3-1 2003D11 2014-12-26 济南大学理学院 26 第 2章 LED的封装原物料 2033-3A 2003S16P 2004LD 2003WA3-1 2014-12-26 济南大学理学院 27 第 2章 LED的封装原物料 2006 51B 2015-2 3009 2014-12-26 济南大学理学院 28 第 2章 LED的封装原物料 §2.2.3 LED支架进料惟我独尊内容 LED封装厂家对支架进料时的惟我独尊内容 项目 数量缺少 不良阐明 抽检时每1K包装内少量或少整K数 对LED构成的影响 1.影响数量管控 2.本钱添加 1.影响产品特性 2.构成作业困扰，添加选择 工时 1.固晶推力缺乏 2.打线.水清产品构成外观上不良 1.死灯(影响产品寿数) 2.做作VF值添加 1.做作偏疼 2.构成焊线.构成焊线 混料 同批支架内混有两种或两种以 上不同类型支架 生锈变色 电镀层氧化等构成生锈变色(特 别是功用区) 经150℃/3h烘烤或焊接试验后 镀层有起泡或掉落显露铜层 焊点及碗违背中心轴线向前后 左右偏移(支架曲折管控： 0.5mm) 镀层起泡掉落 曲折变形 2014-12-26 济南大学理学院 第 2章 支架扇形曲折 支架歪斜 LED的封装原物料 1.构成焊线.损害磁嘴 做作偏疼 1.影响LED外观 2.对LED的拼装构成一定影 响 1.影响LED外观 2.影响LED焊接 1.影响作业(严峻时) 2.影响做作光斑、视点、亮 度。 1.芯片歪斜构成固晶推力不 足、焊线.芯片未固究竟与碗底触摸 不良构成电性问题 3.二焊不平构成虚焊 支架立于水平面上，量测底部 与平面的空地大于0.2mm 支架阴阳极前后左右偏移大于 0.05mm 支架上Bar阴阳极或下Bar有压 伤痕迹(压伤面积超越 0.1mm×0.1mm，深度超出 0.03mm) 有刮伤痕迹构成电镀层掉落等 (受损面积0.05×0.05mm) 杯碗因受损而构成变形 支架压伤 支架刮伤 碗口变形 败兴不平 碗底或二焊焊台有凹凸败兴不 平现象 2014-12-26 济南大学理学院 30 第 2章 阴阳极变形 LED的封装原物料 1.做作偏疼不良 2.构成焊线跨度间隔过远过 近(严峻构成粘固不牢形 成死灯) 尺度不符，无法感动 1.构成做作亮度有差异 2.烘烤变色构成外观不良 1.影响做作外观 2.构成焊接不良 1.严峻外观不良，无法感动 2.构成芯片与支架衔接空地 过大对电性构成影响(阻 抗增大、VF值上升) 1.影响LED外观 2.影响LED切脚 3.影响LED拼装 杯子或二焊违背中心点(阴阳极 方位不在一条直线上或一起往 一边违背) 支架任何部位因冲压进程构成 不规则变形者 支架银层有厚薄纷歧而构成银 层色彩差异 杯内及二焊焊台有残留脏物或 水纹污染 支架有烧黑烧糊状物质(因电镀 厂商制程中瞬间电流过高所形成的) 碗底有粗糙不光滑现象(资料冲 压不平) 冲压不良 电镀不均 支架污染 支架烧焦 碗底粗糙 脚曲折 支架脚曲折大于0.05mm(脚中 心值须契合接近内) 2014-12-26 济南大学理学院 31 第 2章 支架粗糙 银残留 支架弯头 支架毛边 支架异物(脚及下Bar发 白) LED的封装原物料 1.粗糙过大构成无法焊线.严峻者无法焊线.影响LED拼装焊接 支架阳极焊点面有粗糙现象大 于1/3PAD者 支架镀层外表附着不规则剩余 银物质 支架杯及阴极有左右违背或上 下违背(可由测绘仪量测) 支架上Bar及下Bar均有毛刺现 象，上Bar毛边大于0.03mm， 下Bar毛边大于0.05mm 支架上Bar以下脚上有发白现象者 支架电镀过薄 支架外表镀层厚度上Bar为 1.构成做作亮度有差异 100±10μm(上Bar横档以上 2.烘烤变色构成外观不良 1mm)。全镀下Bar为75±10μm； 3.影响焊线h下有变色、气泡、银 层掉落现象 420℃/6s下有变色、气泡、银 层掉落现象 济南大学理学院 1.死灯(影响产品寿数) 2.做作VF值添加 3.变色构成外观不良及 焊接问题 同上 32 烘烤惟我独尊 2014-12-26 焊线章 LED的封装原物料 苏永道 教授 济南大学理学院 2014-12-26 济南大学理学院 33